上海观察:量子卫星“墨子号”总指挥:天地实验室半个中国那么大

文章来源:  |  发布时间:2016-08-16  |  【打印】 【关闭

  
  量子卫星所要进行的量子密钥分发、量子纠缠分发和量子隐形传态这三大实验都在地面成功进行过,但是在卫星和地面这么大尺度的空间展开,这在全球来说还是首次。

  

  

  今天凌晨1时40分,我国首颗量子通信实验卫星“墨子号”发射成功。解放日报·上海观察记者第一时间独家电话采访了刚刚回到酒泉卫星发射基地住处的量子卫星工程常务副总师、卫星总指挥、中科院上海分院副院长王建宇。

  解放日报·上海观察记者:今天酒泉的天气怎么样?

  王建宇:真是天公作美。这里能见度超过30公里,气温是29摄氏度,体感非常舒服。

  解放日报·上海观察记者:我好像听见了什么声音,是在放鞭炮吗?

  王建宇:是的。大家都很激动,我们来自中科院试验队的工作人员买了鞭炮,正在放呢。

  (电话两头都沉默了,静静地聆听着来自酒泉半夜时分的鞭炮声,感受着喜悦。)

  解放日报·上海观察记者:发射前,大家一般做些什么工作?

  

  王建宇:最后5个小时,我们要把卫星光学系统的保护罩拿掉,并对卫星做最后一次检查。等到最后30分钟,把卫星电源设施拔掉。而负责火箭的工作人员则要到倒计时15分钟才会撤离现场

  解放日报·上海观察记者:能描述一下发射过程吗?

  王建宇:说实话,如果要看发射,还是在外面空旷的地方看更加刺激,声音比打雷更响,空气像被撕裂了。作为这次卫星总指挥,我也是第一次进到卫星发射指挥大厅,通过大屏幕来观看发射过程,可以清晰看到火箭和卫星的运行轨迹,以及它们分离的过程。感受确实有点不一样。

  解放日报·上海观察记者:您觉得紧张吗?什么时候最紧张?

  王建宇:第一次承担如此重大的责任,在发射倒计时的时候还是有点紧张的。当完成卫星和火箭的分离,特别是听到卫星太阳能电池板成果展开,我心里一下子就踏实了。

  解放日报·上海观察记者:这颗量子通信实验卫星长什么样子?

  王建宇:这颗量子卫星体重640公斤,是一个边长1.7米的立方体。卫星的内部分为上下两层,下层是电源、测控等常规卫星平台;上层是量子卫星的核心部件:量子密钥通信机,主要负责发射作为密钥的单个光子;量子纠缠源,主要负责生成呈纠缠状态的成对光子;量子纠缠发射机,主要负责和量子密钥通信机一起把呈纠缠状态的两个光子同时发射到两个地面站;量子试验控制与处理机,是实验任务的控制和处理系统。

  解放日报·上海观察记者:量子卫星和其他卫星有何显著不同?

  王建宇:太不一样了。一般的对地观测卫星,它只要在外空的轨道上被动的接受来自地球的电磁辐射,就能获得所需要的图像数据,对地面没有特殊要求。而量子卫星,需要的是天地协同,必须保障天地之间通信链路的畅通。今天卫星发射成功了,但卫星是否能圆满完成实验任务,还有很长的路要走,不过今天是一个非常好的开端。

  解放日报·上海观察记者:这颗卫星承担了什么样的天地实验任务?

  王建宇:其实,量子卫星要进行的量子密钥分发、量子纠缠分发和量子隐形传态这三大实验都在地面成功进行过,但是在卫星和地面这么大尺度的空间展开,这在全球来说还是首次。

  解放日报·上海观察记者:这个实验空间究竟有多大?

  王建宇:差不多有大半个中国那么大。想象一下,卫星在高空绕着地球飞行。在地面上有4个量子通信光学接受地面站,分别位于北京兴隆、新疆南山、青海的德令哈和云南丽江,还有1个是位于西藏阿里的量子隐形传态发射实验站,它们与量子卫星共同构成了天地一体化的科学实验系统。

  (由于室内手机信号不好,王建宇走出房间,迎面遇到了卫星工程总体办公室工作人员,对方告诉他:卫星已经绕地球飞了两圈,运行情况良好。)

  解放日报·上海观察记者:卫星发射成功后,您对首席科学家潘建伟说了什么?

  王建宇:我们情不自禁地相互拥抱,表示祝贺。在卫星研制过程中,最困难的环节就是有效载荷,确实是解决了许多超出想象的技术难题才拿下的。中科院上海技术物理研究所和中科大潘教授的团队,精诚合作才研制出了有效载荷分系统。

  解放日报·上海观察记者:接下来,明天要做什么工作?

  

  王建宇:我们要测量卫星在外空的姿态,包括卫星和有效载荷都要进行在轨测试。做完全部的在轨测试估计要两三个月时间,当然在测试期间我们还会同时进行部分科学实验,并争取尽快拿到更多的有效实验数据。

  

  解放日报·上海观察记者:现在已经是凌晨4点了,从昨天早上起来,您一直都没有休息过。

  

  王建宇:可能是太兴奋了,我一点也不觉得疲劳。参与卫星发射的工作人员,估计都激动得还没睡吧。

  我国量子通信实验卫星重要事件回顾: 

  

  我国从二十世纪八十年代开始从事量子光学领域的研究。2006年,中国科技大学量子研究小组、美国洛斯阿拉莫斯国家实验室和欧洲慕尼黑大学—维也纳大学联合研究小组各自独立实现了诱骗态方案,同时实现了超过100公里的诱骗态量子密钥分发实验,由此打开了量子通信走向应用的大门。

  

  2008年底,我国成功研制了基于诱骗态的光纤量子通信原型系统,在合肥成功组建了世界上首个3节点链状光量子电话网,成为国际上报道的绝对安全的实用化量子通信网络实验研究的两个团队之一。

  

  2009年9月,我国建成了世界上首个全通型量子通信网络,首次实现了实时语音量子保密通信。这一成果在同类产品中位居国际先进水平,标志着中国在城域量子网络关键技术方面已经达到了产业化要求。

  

  2010年9月,中国科技大学、中科院上海技术物理研究所、中科院光电研究所等量子通信研究团队强强合作,在青海湖畔实现了世界上首次浮空平台和卫星运动模拟的量子密钥分配实验,这也标志我国已突破了建立星地量子通信的关键技术,为实现全球量子通信网络打下了坚实的基础。

  

  2013年,潘建伟团队和加拿大一研究组分别在国际上首次实验实现了测量器件无关的量子密钥分发,完美解决了所有针对探测系统的攻击。

  

  2014年11月,潘建伟团队与中国科学院上海微系统所、清华大学的科研人员合作,通过发展高速独立激光干涉技术,结合中科院上海微系统所自主研发的高效率、低噪声超导纳米线单光子探测器,将可以抵御黑客攻击的远程量子密钥分发系统的安全距离扩展至200公里,并将成码率提高了3个数量级,创下新的世界纪录。

  

  2014年11月,量子卫星首席科学家潘建伟宣布“京沪干线”量子保密通信工程和“量子科学实验卫星”工程进展顺利。